Les Bioplastiques

A la fin des années 80,  avec l'émergence de la notion de développement durable, les questions de la gestion des déchets, et plus particulièrement du recyclage, deviennent prégnantes. On assiste alors à l'émergence de la notion de cycle de vie d'un produit et de l'éco-conception (qui consiste à intégrer dès la conception les impacts environnementaux) et dans ce contexte, s'amorce le développement des bioplastiques.

En effet les polymères classiques issus de la pétrochimie sont souvent utilisés dans des applications à faibles durées de vie; l'exemple le plus parlant étant le fameux sac plastique. Or cela va à l'encontre même du principe de durabilité. Par ailleurs, ces plastiques sont une source de pollution et de nuisance (visuelle par exemple), ainsi qu'un danger pour la vie sauvage, les océans entre autre. De plus ils engendrent un volume considérable d'ordures ménagères et leur valorisation énergétique est problématique, puisqu'elle entraîne des émissions toxiques, de type dioxine. La valorisation matériau est quant à elle peu concluante, entre faibles débouchés et problèmes techniques.

Définition

Le terme bioplastique regroupe deux types de polymères distincts :

  • Les polymères dits bio-sourcés (ou agro-sourcés), c'est à dire issus de ressources renouvelables, souvent de la matière végétale, telles que le blé, le maïs ou bien la pomme de terre par exemple.
  • Les polymères biodégradables. Ceux-ci peuvent être issus aussi bien de la pétrochimie que de la biomasse.

 

Classification des polymères biodégradables selon leur origine, source : Avérous L (2004), J. Macromol. Sci C Polym. Rev., 3, 231

Certains bioplastiques peuvent donc être à la fois biosourcés et biodégradables :

 

Polymères biodégradables ou non en fonction de leur origine, source : Technique de l'ingénieur

Ces différents polymères ont des propriétés physico-chimiques différentes et ne sont donc pas toujours destinés aux mêmes usages et applications. En fonction de leur origine, ils possèdent ainsi différents avantages et inconvénients qui les destinent préférentiellement à des applications particulières.

Avantages et inconvénients des différents bioplastiques, source : http://www.encyclo-ecolo.com/Bioplastique

Enfin concernant la définition des bioplastiques, il est important de ne pas les confondre avec les polymères dits oxo-dégradables qui sont fragmentables mais non biodégradables. Ces plastiques ont l'avantage d'être moins chers à produire que les bioplastiques et surfent sur la vague du bio pour séduire les consommateurs.

La biodégradabilité

Les plastiques officiellement dits biodégradables sont définis par la norme européenne EN 13432, relative à la directive « emballages et déchets d’emballages (94/62/CE) », qui spécifie les exigences et les méthodes permettant de déterminer la possibilité de compostage et de traitement en anaérobiose des emballages et des matériaux d’emballage. Elle stipule que : 

  • Le matériau doit être transformé à 90 % en humus en six mois lorsqu’il est placé dans des conditions de compostage industriel.
  • Pour être considéré comme compostable, il doit satisfaire à un test de 12 semaines, à la fin duquel la totalité des résidus supérieurs à 2 mm doit être inférieure à 10% de la masse initiale.
  • Les résidus ne doivent pas présenter d’écotoxicité, et avoir une très faible concentration en métaux lourds.
  • Il ne doit pas y avoir d’inhibition de la croissance des plantes sur le milieu (biodégradable) ou le compost (compostable).

Cette norme est donc définie uniquement pour les conditions agressives d'une unité de compostage industriel, c'est à dire fonctionnant à un température supérieure à 60 °C entre autre. Ces plastiques ne se dégradent donc pas forcément dans un composteur domestique, et a fortiori dans l'océan. Par ailleurs il n'existe à ce jour aucune norme applicable aux conditions de compostage domestique.

Différents labels attestent également de cette propriété, comme celui d'Ok Compost qui est reconnu par la norme cette norme. Par ailleurs, une nouvelle norme européenne concernant la biodégradabilité des plastiques (CEN TC 249/ WG 9) est en préparation.

La situation actuelle et les perspectives d'évolution

Selon une étude publiée par l’association professionnelle European Bioplastics, à l'orée 2017, le marché des bioplastiques devrait passer d’environ 1,4 million de tonnes (en capacité de production annuelle) en 2012 à 6,2 millions de tonnes environ en 2017. Par ailleurs, les applications des bioplastiques sont très diverses : de la simple bouteille en plastique, et plus généralement le marché de l'emballage, qui devrait rester le premier débouché en 2017, au clavier de l'industrie électronique.

      Global Prod Market Segment_Total_2012_en

Enfin même en prenant en compte les taux de croissance annoncés, la surface agricole utilisée pour l’approvisionnement en matières premières renouvelables destinée aux bioplastiques ne représentera qu’environ 0,02% de la surface agricole mondiale.

L'exemple du PLA

L'acide polylactique (polylactic acid en anglais, abrégé en PLA) est un polymère biodégradable utilisé principalement dans l'emballage alimentaire. Le film pour paillage agricole représente également un secteur de débouché intéressant. En effet la  propriété de biodégradabilité d'un tel polymère représente une solution aux préoccupations environnementales rencontrées par ces secteurs. C'est également un matériau utilisé par certaines imprimantes 3D.

Procédés de fabrication

Le procédé de fabrication du PLA repose sur la fermentation de la dextrose, un sucre végétal élémentaire, sous l'action de bactéries synthétisant l'acide lactique. Celui-ci est ensuite distillé et polymérisé par un nouveau procédé de fermentation en acide polylactique. Les plantes ressources sont principalement celles riches en "sucre" comme le maïs, la betterave, le riz, le manioc...

Conversion of L-lactic adic to PLLA

source : http://polymerinnovationblog.com/from-corn-to-polylactic-acid-part-2-making-the-pla-polymer/

source : http://www.futerro.com/frindex_pla.html

Avantages et Inconvénients

On s'intéresse ici aux avantages et inconvénients des plastiques biosourcés et biodégradables, tels que le PLA, qui fera l'objet de l'ACV. Les principaux avantages de tels plastiques sont :

  • La réduction de la consommation des ressources fossiles qui entraîne la réduction du cycle du carbone.
  • Sa biodégradabilté et/ou compostabilité. La fin de vie de tels plastiques génère donc, en théorie, moins d'émissions nocives pour l'environnement et permet, dans le cas de produits compostables, de récupérer un produit revalorisable.
  • Ils ne sont pas affectés par la variabilité du prix du pétrole, au contraire des plastiques traditionnelles.
  • Ils ont bien souvent un impact positif vis à vis du consommateur, de plus en plus sensible au questions environnementales.

Mais tout n'est pas parfait, et ces plastiques possèdent un certain nombres d'inconvénients non négligeables et qui expliquent en partie pourquoi ils sont encore peu présents sur le marché du plastique.

  • Son prix est un des principaux frein à son développement. Actuellement le PLA coûte plus de 2 euros par kg contre 1 euro par kg pour le PE issu de la pétrochimie.
  • Sa disponibilité faible, puisqu'il y a encore peu de fabricants de bioplastiques.
  • Sa mise en oeuvre est plus difficile que celle du PE traditionnel, qui elle est bien maîtrisée, à cause, entre autre, de sa faible résistance thermique, qui oblige à travailler dans des conditions opératoires très contrôlées.
  • Son identification par les consommateurs demeure par ailleurs un peu floue et une confusion s'opère entre les notions de biodégradabilité et de biosourcé.
  • Pour l'instant, il n'existe pas de filières de valorisation identifiable. Les composteurs industriels sont tenus d'accepter ces plastiques dans leur filière, mais, notamment en ce qui concerne les usages agricoles, ils ne le font pas toujours, à cause de pré-traitements nécessaires, notamment de lavage préalable, qui engendreraient un sur-coût.
  • Le scepticisme des consommateurs joue également un rôle. Ceux-ci sont en effet méfiants concernant l'utilisation d'OGM pour la fabrication de ces plastiques. De plus, bien souvent, ils émettent des réserves vis à vis de l'utilisation des ressources vivrières pour ces plastiques qui concurrencent directement l'usage alimentaire.
  • Cette filière des bioplastiques apparaît comme un concurrent direct à une autre solution pour réduire les impacts environnementaux : le recyclage. Or certains considèrent qu'il est préférable de réutiliser un produit (recyclage) que de revaloriser un déchet.
  • Des études ont montrées qu'en conditions naturelles (mélange de sable et d'eaux de mer), au bout d'un an, seulement 20% du PLA s'est dégradé et la biodégradation semble attendre un plateau et ne pouvoir aller au-délà dans ces conditions.